DE3313254C1 - Antriebssystem für elektrische Zwei-Stellungs-Schalter in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen - Google Patents
Antriebssystem für elektrische Zwei-Stellungs-Schalter in Mittel- und HochspannungsschaltanlagenInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
- H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
- H01H3/46—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using rod or lever linkage, e.g. toggle
Description
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art.
Solche Antriebssysteme dienen dazu, Trennschalter, Leistungstrennschalter oder Erdungsschalter in Mittelspannungs-
und Hochspannungsschaltanlagen zu betätigen. Nachdem die Schalterwellen selten unmittelbar
vom Inneren der Schaltanlage nach außen in den gesicherten Bereich geführt werden können, ergibt sich
praktisch immer die Notwendigkeit, zwischen der Schalterantriebswelle und dem Betätigungsort wenigstens
ein Winkelgetriebe vorzusehen, welches die Antriebswelle einmallim einen Winkel von etwa bis zu 90°
umlenkt. Vor allem bei in geschlossenen Schaltzellen untergebrachten Schaltgeräten im Mittelspannungsbereich
sind die Einbauverhältnisse häufig so kompliziert, daß sich die Schalterantriebswelle und das Betätigungselement
in unterschiedlichen Ebenen befinden, so daß zwei Winkelgetriebe erforderlich sind. Dabei wird die
Betätigungswelle im allgemeinen durch die Frontwand der Schaltzelle hindurch nach außen geführt. Die Betätigung
erfolgt mit Hilfe eines abziehbaren Schlüsseis in Form eines abgewinkelten Hebels, der in eine Hülse der
Betätigungswelle einsteckbar ist. Die Betätigungswelle ist mit Anzeigemitteln und mit einem Meldeschalter
versehen, um zu erreichen, daß Störungsfälle angezeigt werden und gegebenenfalls entsprechende Blockierungsmittel
in Funktion treten, die ein unzulässiges Schalten verhindern. Häufig wird als Betätigungselement
anstelle eines handbetätigten Schlüssels aber auch ein Motorantrieb verwendet. Ein solcher Motorantrieb
ist dann besonders einfach zu gestalten, wenn für die Schalterbetätigung keine Hin- und Herbewegung notwendig
ist, sondern das Ein- und Ausschalten in einer einzigen Antriebs-Drehrichtung erfolgen kann. Uta dies
zu erreichen, muß eines der Winkelgetriebe als Dreh-Schwing-Gelenk
ausgebildet sein. Ein solches Gelenk für den Antrieb eines Trennschalters mit einem Übersetzungsverhältnis
von 2:1 ist als sogenanntes Kugelgelenk
bereits bekannt. Dabei beträgt der Winkel zwischen den Achsen der Betätigungs- und der Schalterantriebswelle
etwa 90°.
Vorteilhaft bei derartigen Dreh-Schwing-Gelenken ist neben der Möglichkeit des Eiri-R.ichtungs-Aiatriebs
und ihrem verhältnismäßig einfachen Aufbau, der eine hohe Betriebssicherheit bei verhältnismäßig geringem
Aufwand gewährleistet, der Umstand, daß der michtlineare
Verlauf des Drehmoments und der Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Drehwinkel speziell
die Betätigung von Trenn- und/oder Erdungsscfoaltern
begünstigt. Solche Schalter benötigen in ihren Endbereichen ein hohes Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit.
Dieser Forderung kommen Dreh-Schwinig-Geler.ke
mit ihrem langsamen (tangentialen) Einlaufen in die Endstellungen entgegen. Außerdem ergibt sich in :
den beiden Endstellungen ein gewisser Sperreffekt gegen Rückdrehmomente vom Schaltgerät her |K.urzschlußkräfte,
Erschütterungen). Ferner resultiert aus dem relativ langen Einlaufweg in die Endstellungsn ein
ausreichend großer Ansprechwinkel für die Mefdeschalter.
Nachteilig wirkt sich bei solchen Getrieben, vor allem wenn sie zum Antrieb von Leistungstrennschalter!! dienen,
das starke Absinken des Drehmomentes im mittleren Schwenkwinkelbereich deshalb besonders aus, weil
diese Schalter ein Federspannwerk besitzten, das gerade im mittleren Schwenkwinkelbereich sein größtes
Drehmoment verlangt. Aus diesem Grunde waren die wegen des günstigen Verlaufes der Winkelgeschwindigkeit
in Abhängigkeit von Drehwinkel an sich fiir den Schalterantrieb optimalen Dreh-Schwing-Gelemke bisher
nur begrenzt brauchbar. Vor allem bei melhrfacher Umlenkung der Antriebswelle mit mindestens «einem
weiteren Winkelgetriebe war eine Anwendung solcher Antriebssysteme bei Leistungstrennschalter nicht
mehr möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem
zu schaffen, mit dem es möglicin äst, die
Vorteile des Dreh-Schwing-Gelenks im-HinWick auf
so den günstigen Verlauf der Winkelgeschwindigikeit in
Abhängigkeit vom Drehwinkel weiterhin zu nutzen, seinen Hauptnachteil, nämlich den starken Einbrmdh seines
Drehmomentes im mittleren Schwenkbereich, jedoch zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Dadurch ist erreicht, daß
sich weder an dem gewünschten Übersetzungsverhältnis von 2 : !,noch an dem günstigen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit
in Abhängigkeit vom Drehwinkel etwas geändert hat. Vielmehr ist durch die Verwendung
eines weiteren nichtlinearen Winkelgelenkes In Form eines Kardangelenks erreicht, daß durch entsprechende
Zuordnung der beiden Winkelgelenke der unerwünschte Einbruch des Drehmoments im mittleren Scfavenkbereich
vermieden ist, so daß ein derart gestaiEeaes Antriebssystem
auch für Leistungstrennschaltervetrsvendet werden kann.
Durch die im Patentanspruch 2 angegebene Weiter-
bildung der Erfindung ist mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine nahezu vollständige Kompensation., des
Drehmomenteinbruchs im mittleren Bereich erreicht.
Durch die weitere Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ergibt sich eine hohe Flexibität der konstruktiven
Gestaltung dadurch, daß weder die Antriebs- noch die Abtriebswelle des Kardangelenks einzeln gelagert
sein müssen und daher in ihrer gegenseitigen Winkellage nicht von vornherein festgelegt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Zeichnungen im folgenden näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die Prinzipdarstellung einer Mittelspannungs-Schaltzelle
mit einem von Hand zu betätigendem Antriebssystem für einen Trennschalter,
F i g. 2 und 3 Einzeldarstellungen der beiden in F i g. 1 schematisch dargestellten Winkelgelenke des Antriebssystems.
Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Mittelspannungs-Schaltzelle
I enthält ein Doppel-Sammelschienensystem mit Trennschaltern, Leistungstrenn- und Erdungsschaltern.
Zur besseren Übersicht sind lediglich ein einziger Sammelschienensystem 2 sowie ein Trennschalter
3 mit einem Antriebssystem für das Schaltmesser 4, bestehend aus einem in F i g. 2 näher dargestellten
Dreh-Schwing-Gelenk 5, einem in F i g. 3 näher dargestellten Doppel-Kardangelenk 6, die über eine Kupplungswelle
7 miteinander verbunden sind, sowie einem steckbaren Schaltschlüssel S für den Handantrieb dieses
Antriebssystems gezeigt. Der Schaltschlüssel 8 kann auch durch einen Motorantrieb ersetzt werden. Das
Dreh-Schwing-Gelenk 5 transformiert den Schwenkwinkel der Betätigungsweile von 180° in einen Drehwinkel
der Antriebswelle des Schaltmessers 4 (Schaitantriebswelle)
von 90°. Außerdem ist dieses Gelenk so gestaltet. laß es eine kontinuierliche Drehbewegung
der Betät.gungswelle in eine Schwingbewegung der Schaherantriebswelle mit einem Schwingwinkel von
90° umwandelt, was zur Folge hat, daß die Betätigungswelle zum Ein- und Ausschalten des Trennschalters 3
wahlweise hin und her oder in der gleichen Drehrichtung bewegt werden kann. Letzteres bewirkt bei Verwendung
eines Motorantriebes eine erhebliche steuerungstechnische Vereinfachung.
Das in F i g. 2 dargestellte Dreh-Schwing-Gelenk besitzt antriebsseitig eine Hülse 9, in deren zentrische gefiederte
Bohrung 10 die mit entsprechenden· Nuten versehene Kupplungswelle 7 (Fig. 1) einsteckbar ist. Die
Hülse 9 besitzt am gegenüberliegenden Ende der Bohrung 10 eine Nase 11, die in einem Winkel von 45° zur
Zentralachse der Bohrung 10 diagonal abgefast ist. In . diese diagonale Fläche der Nase 11 ist ein Zapfen 12 so
eingelassen, daß seine Zentralachse mit der Zentralachse der Bohrung 10 einen Winkel von etwa 45° bildet.
Auf dem Zapfen 12 ist eine Buchse 13 drehbar gelagert. Diese besitzt in einem Winkel von 90° zu ihrer Drehachse
etwa in der Mitte ihrer Längsausdehnung gegenüberliegend angeordnete Gelenkzapfen 14, auf denen eine
Schwinggelenkgabel 15, die mit einer Kupplungsplatte 16 fest verbunden ist, schwenkbar gelagert ist. Ein solches
Dreh-Schwing-Gelenk setzt die Drehbewegung der Hülse 9 von 180° in eine Schwenkbewegung der
Kupplungsplatte 16 von 90° um. Mit einem solchen Gelenk kann also eine kontinuierliche Drehbewegung der
Hülse 9 und damit der Kupplungswelle (7) (Fig. 1) in eine Schwingbewegung der Kupplungsplatte 16 von 90°
umgesetzt werden. Eine Hin- und Herbewegung der Kupplungswelle (7) um 180° führt zu dem gleichen Ergebnis.
Durch diese beiden Möglichkeiten ist sowohl ein Handantrieb, bei dem eine Schwenkbewegung von 180°
bevorzugt wird, wie auch ein in einer einzigen Drehrichtung betriebener, entsprechend gesteuerter Motor einsetzbar.
Aus dem theoretischen Maschinenbau ist es bekannt, daß sich das Antriebsdrehmoment eines solchen Dreh-Schwing-Gelenks
in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Antriebes ändert. In der in F i g. 2 dargestellten Position
erreicht das Antriebsdrehmoment ein Maximum während es in einem Winkel von 90° dazu ein Minimum
durchläuft. Die Winkelgeschwindigkeit verhält sich umgekehrt dazu. Für den praktischen Betrieb bedeutet
dies, daß sich das Schaltmesser 4 bei gleicher Winkelgeschwindigkeit der Betätigungswelle langsam aus seiner
in Fig. 1 dargestellten Lage mit zunehmender Geschwindigkeit zur Mitte hin bewegt, um dann mit stetig
abnehmender Geschwindigkeit die andere Endstellung zu erreichen. Das Drehmoment hat den umgekehrten
Verlauf. Dieser nichtlineare Verlauf ist bei einem Trennschalter deswegen besonders günstig, weil das Schaltmesser
im letzten Teil seiner Einschaltbewegung wegen der verhältnismäßig hohen Reibungskräfte die bei der
Berührung mit dem Gegenkontakt 17 auftreten, sein größtes Drehmoment benötigt. Durch die gleichzeitig
auftretende große Untersetzung zwischen Betätigungswelle und Schaltantriebswelle wird darüber hinaus ein
hohes Maß an Schaltsicherheit und ein ausreichender Schaltweg für einen Meldeschalter erreicht.
Wenn nun, beispielsweise durch eine Anordnung von Schalterantriebswelle und Betätigungswelle in unterschiedlichen Ebenen eine weitere Umlenkung innerhalb des Antriebssystems erforderlich wird, besteht die Notwendigkeit, eine zusätzliche Gelenkverbindung in das Antriebssystem einzufügen. Diese muß aber im Gegensatz zu dem vorbeschriebenen Dreh-Schwing-Geienk (F i g. 2) die Bewegung im Verhältnis 1 :! übertragen. Durch die hinzutretenden Reibungsverluste wird nun der Verlauf des Drehmomentes des Antriebssystems in Abhängigkeit vom Drehwinkel im mittleren Bereich ohne weitere Maßnahmen so ungünstig, daß zwar noch ein Trennschalter, nicht jedoch ein Leistungstrennschalter betätigt werden kann. Hier setzt nun die Erfindung ein, derzufolge als weitere Gelenkverbindung ebenfalls eine solche mit nichtlinearer Abhängigkeit des Drehmomentes vom Drehwinkel benutzt wird. Als für diesen Zweck besonders geeignet hat sich eine Kardangelenkverbindung erwiesen, deren Antriebsgabel in den Endstellungen des Schalters in der Beugungsebene des Gelenks angeordnet ist. Für manche Anwendungsfälle reicht eine einfache Gelenkverbindung dieser Art aus. Eine nahezu vollständige Kompensation des ungünstigen Drehmomentverlaufs des in Fig.2 dargestellten Dreh-Schwing-Gelenks nach Verlauf und Größe in Abhängigkeit von Drehwinkel wird erreicht durch die Anwendung eines Doppel-Kardan-Gelenks, wenn es, wie in F i g. 3 dargestellt, so gestaltet ist, daß die beiden Gelenke nicht gleichlaufend, sondern ungleichlaufend, d. h. in einem Winkel von 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Wenn nun, beispielsweise durch eine Anordnung von Schalterantriebswelle und Betätigungswelle in unterschiedlichen Ebenen eine weitere Umlenkung innerhalb des Antriebssystems erforderlich wird, besteht die Notwendigkeit, eine zusätzliche Gelenkverbindung in das Antriebssystem einzufügen. Diese muß aber im Gegensatz zu dem vorbeschriebenen Dreh-Schwing-Geienk (F i g. 2) die Bewegung im Verhältnis 1 :! übertragen. Durch die hinzutretenden Reibungsverluste wird nun der Verlauf des Drehmomentes des Antriebssystems in Abhängigkeit vom Drehwinkel im mittleren Bereich ohne weitere Maßnahmen so ungünstig, daß zwar noch ein Trennschalter, nicht jedoch ein Leistungstrennschalter betätigt werden kann. Hier setzt nun die Erfindung ein, derzufolge als weitere Gelenkverbindung ebenfalls eine solche mit nichtlinearer Abhängigkeit des Drehmomentes vom Drehwinkel benutzt wird. Als für diesen Zweck besonders geeignet hat sich eine Kardangelenkverbindung erwiesen, deren Antriebsgabel in den Endstellungen des Schalters in der Beugungsebene des Gelenks angeordnet ist. Für manche Anwendungsfälle reicht eine einfache Gelenkverbindung dieser Art aus. Eine nahezu vollständige Kompensation des ungünstigen Drehmomentverlaufs des in Fig.2 dargestellten Dreh-Schwing-Gelenks nach Verlauf und Größe in Abhängigkeit von Drehwinkel wird erreicht durch die Anwendung eines Doppel-Kardan-Gelenks, wenn es, wie in F i g. 3 dargestellt, so gestaltet ist, daß die beiden Gelenke nicht gleichlaufend, sondern ungleichlaufend, d. h. in einem Winkel von 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Darüber hinaus bietet ein solches Doppel-Kardan-Gelenk die Möglichkeit einer zentralen Lagerung der
Zwischenwelle 18, so daß die Positionen von Antriebswelle und Abtriebswelle, deren Winkelstellung zueinander
etwa zwischen 45° und 90° betragen sollte, im übrigen frei wählbar sind.
Ein solches Doppel-Kardan-Gelenk besteht gemäß F i g. 3 aus der Antriebsgabel 19 mit der Antriebshülse
20, welche eine Öffnung für das Einstecken des Betäti-
COPY
gungsschlüssels 8 besitzt, einer Abtriebsgabel 21 mit der Abtriebshülse 22, die ebenfalls eine gefiederte Bohrung
zum Einstecken der Kupplungs-Nutwelle 7 besitzt, sowie
einer Zwischenwelle 18 mit der Antriebs-Zwischengabel 23 und der Abtriebszwischengabel 24. Beide Gabein
sind in einem Winkel von 90° gegeneinander verdreht angeordnet. Die Zwischenwelle 18 ist in einem
Doppel-Rollenlager 25 drehbar gelagert, das über einen Lagerring 26 mit einem Lagerbock 27 verschraubt ist.
der über einen Halterungswinkel 28 an der Gehäusewand 29 der Schaltzelle 1 befestigt ist.
Das aus den vorgenannten Elementen gebildete Antriebssystem bietet wenn es entsprechend der Darstellung
in F i g. 1 so ausgeführt ist, daß das Dreh-Schwing-Gelenk
seine Drehmoment-Maxima in den Endstellungen des Schalters und das Doppel-Kardan-Gelenk in
diesen Stellungen seine Drehmoment-Minima erreicht, eine Vielzahl konstruktiver Gestaltungsmöglichkeiten
und ist wegen seines nahezu linearen Drehmomentverlaufs über den gesamten Schaltwinkel sowohl für Trennschalter
wie für Leistungsschalter und Erdungsschalter brauchbar. Darüber hinaus ist es unabhängig von der
Drehrichtung der Betätigungswelle und sowohl im kontinuierlichen Rechts- oder Linkslauf wie auch mit wechselnden
Drehrichtungen beim Ein- und Ausschalten, et- ->5
wa durch einen Handhebel, betätigbar. Die Gelenke selbst sind handelsübliche, verhältnismäßig preiswerte
und nahezu wartungsfreie Bauelemente.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
40
45
50
65
Claims (3)
1. Antriebssystem für elektrische Zwei-Stellungs-Schalter in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen
mit mehrfacher Umlenkung der Betätigungs-
' "welle durch Gelenkverbindungen, gekennzeichnet durch die Kombination eines dem
Schalter (3) zugeordneten Dreh-Schwirig-Geienks (10 bis 16) mit nichtlinearem Verlauf von Drehmoment
und Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Drehwinkel und wenigstens eines weiteren zwischen
dem ersten Gelenk und dem Betätigungselement (8) angeordneten, über eine Kupplungswelle
(7) mit dem ersten Gelenk verbundenen weiteren Winkelgelenks (18 bis 24) mit nichtlinearem Verlauf
des Drehmoments in Abhängigkeit vom Drehwinkel in einer solchen gegenseitigen Zuordnung beider
Winkelgelenke, daß in demjenigen Drehwinkelbereich, in dem das Dreh-Schwing-Gelenk (10 bis 16)
sein minimales Drehmoment erreicht, die weiteren Winkelgelenke (18 bis 24) den Maximalwert ihres
Drehmoments durchlaufen.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als weiteres Winkelgelenk ein Doppel-Kardan-Gelenk gewählt ist, dessen einander
zugewandte Gabeln (23,24) an einer Zwischenwelle (18) in einem Winkel von wenigstens angenähert 90°
gegeneinander verdreht befestigt sind und bei der der Umlenkwinkel etwa zwischen 45° und 90° be-
ä8t· i,tjn - .
3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwelle (18) an einem
an der Schaltanlage befestigten Halterungswinkel (26,27,28) drehbar gelagert ist.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3313254A DE3313254C1 (de) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | Antriebssystem für elektrische Zwei-Stellungs-Schalter in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen |
AT84103616T ATE23761T1 (de) | 1983-04-13 | 1984-04-02 | Antriebssystem fuer elektrische zwei-stellungsschalter in mittel- und hochspannungsschaltanlagen. |
DE8484103616T DE3461404D1 (en) | 1983-04-13 | 1984-04-02 | Driving system for electric two-position breakers in medium and high voltage switch gears |
EP84103616A EP0124760B1 (de) | 1983-04-13 | 1984-04-02 | Antriebssystem für elektrische Zwei-Stellungs-Schalter in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3313254A DE3313254C1 (de) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | Antriebssystem für elektrische Zwei-Stellungs-Schalter in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3313254C1 true DE3313254C1 (de) | 1984-06-28 |
Family
ID=6196194
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3313254A Expired DE3313254C1 (de) | 1983-04-13 | 1983-04-13 | Antriebssystem für elektrische Zwei-Stellungs-Schalter in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen |
DE8484103616T Expired DE3461404D1 (en) | 1983-04-13 | 1984-04-02 | Driving system for electric two-position breakers in medium and high voltage switch gears |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE8484103616T Expired DE3461404D1 (en) | 1983-04-13 | 1984-04-02 | Driving system for electric two-position breakers in medium and high voltage switch gears |
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DE (2) | DE3313254C1 (de) |
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---|---|---|---|---|
WO2014063795A2 (de) * | 2012-10-22 | 2014-05-01 | Abb Ag | Rotatorisch betätigte schaltanordnung für eine schaltanlage |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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GB907857A (en) * | 1959-08-19 | 1962-10-10 | Switchgear And Equipment Ltd | Improvements relating to operating mechanism for electrical switchgear |
DE1490509A1 (de) * | 1964-01-21 | 1969-06-12 | Siemens Ag | Winkelgetriebe fuer Schaltgeraete |
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- 1983-04-13 DE DE3313254A patent/DE3313254C1/de not_active Expired
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1984
- 1984-04-02 EP EP84103616A patent/EP0124760B1/de not_active Expired
- 1984-04-02 AT AT84103616T patent/ATE23761T1/de not_active IP Right Cessation
- 1984-04-02 DE DE8484103616T patent/DE3461404D1/de not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
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WO2014063795A3 (de) * | 2012-10-22 | 2014-06-19 | Abb Ag | Rotatorisch betätigte schaltanordnung für eine schaltanlage |
CN104718590A (zh) * | 2012-10-22 | 2015-06-17 | Abb股份公司 | 用于开关设备的回转操纵的开关组件 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0124760A3 (en) | 1985-07-10 |
EP0124760A2 (de) | 1984-11-14 |
EP0124760B1 (de) | 1986-11-20 |
ATE23761T1 (de) | 1986-12-15 |
DE3461404D1 (en) | 1987-01-08 |
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Legal Events
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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